永磁同步电机额定温升的研究

王佩琦，孟 涛，孙玲玲

（南京越博动力系统股份有限公司，201702）

永磁同步电机额定温升的研究

王佩琦，孟 涛，孙玲玲

（南京越博动力系统股份有限公司，201702）

通过多种水温下对电机额定温升进行测试并对比分析，探讨水温对电机温度、电机转矩及电机效率的影响。

水温；永磁同步电机；测试

驱动电机系统是电动汽车的核心技术，永磁同步电机系统以其高功率密度、高效率而成为车用驱动系统的最优选择之一［1］。电机温升又是其必须考虑的问题。

对于水冷电机而言，在水道结构一定的情况下，影响电机内部温降的直接因素为冷却水的流动形态、流速及冷却水温度［2］。根据文献2中冷却水流速对温升影响的研究，得出水流速较小即为层流时，随着流速增加电机温升开始降低，但水流速较大即达到紊流后，水流速继续增加，温升由大幅降低到基本不变的逐渐饱和趋势。而文献1则通过有限元对电机进行热分析，指出增大流量的确可以起到降低温升的作用，但效果并不明显。降低冷却水的温度比增加水流量会有更好的效果。

在电机的各项技术指标中，温升是关系到电机使用寿命和运行可靠性的重要因素［3］。因此，本文通过多种水温下对电机额定温升进行测试的实例，探讨水温对电机的一些影响。

1 试验研究

本文采用电机为50 kW永磁同步电机，电机的主要参数为：额定电压540 V，额定转速3 400 r/min，额定转矩140 Nm。

此次额定温升试验分别在60 ℃、40 ℃、25 ℃3种恒定水温（偏差为±2 ℃）下进行且仅改变水温，其余参数如水流量等均无变化。

1.1 不同水温对电机温升的分析

由于采用电阻法测电机温度，需在电机电源断电后立即测取电阻并在试验前后通过电阻值推算温升；而且断电后电机温度会快速下降，实际测试的温度波动大。所以，本次对于电机温度的监测，采用埋置检温计法。电机温度变化数据详见表1。因所测数据较多，故表1中仅选取5 min间隔的数据表示。

表1 不同水温下电机温度的变化

从表1中可以得出，60 ℃、40 ℃、25 ℃3种水温下，电机温度最终分别稳定在112 ℃、91 ℃、77 ℃。电机温升分别为52 K、51 K、52 K。图1为不同水温下电机温度的变化曲线。

图1 不同水温下电机温度的变化曲线

从图1可以看出，60 ℃、40 ℃、25 ℃水温下，3种曲线变化趋势基本一致。25 min内电机温度均增长较快，之后曲线均逐步趋于平稳。此外，降低水温并未使电机温度增长趋势减缓。

因此，通过3种水温下的对比可进一步发现，不同水温对电机温升的影响差别并不大。但较低的水温可使电机最终温度偏低，从而减少电机的损耗。

1.2 不同水温对电机转矩的分析

额定温升下，电机转矩实测数据详见表2。

表2 不同水温下电机转矩的变化

从表2可以得出，额定温升试验的3种水温下，电机转矩分别降低2.1 Nm、2.3 Nm、2.1 Nm，转矩降低幅度基本相同。

为了能够更加直观地看出不同水温下电机转矩随时间的变化情况，图2绘制了60 ℃、40 ℃、25 ℃水温下电机转矩随时间的变化曲线。从图2可以看出：①水温越高，电机初始的实际转矩越低；②结合图1可看出，随着电机温度的逐渐升高，电机转矩会出现小幅下降的趋势，直至电机温度基本稳定后，电机转矩也趋于平稳。

图2 3种不同水温下电机转矩的变化曲线

通过3种水温下转矩的对比可发现，电机实际转矩并不会一直保持恒定。电机温度变化使实际转矩与理想转矩值之间会有所偏差。此外，从表2的数据来看，电机转矩降幅基本一致，也可以进一步验证图1所得的结论即水温对电机温升的影响较小。

1.3 不同水温对电机效率的分析

电机效率试验数据详见表3。3种不同水温下电机效率的变化曲线如图3所示。

表3 电机效率试验数据

图3 3种不同水温下电机效率的变化曲线

通过图3可以较明显看出，除个别点外，水温60 ℃时电机效率最低；水温25 ℃时，电机效率最高。

2 结论

本文对电机在持续工况60 ℃、40 ℃、25 ℃3种水温下电机温度、电机转矩、电机效率进行了对比分析，得到了以下结论。

1）不同水温对电机温升的影响差别较小，但低水温可降低电机温度，从而减少电机损耗。

2）不同水温下，电机实际转矩均会随电机温度升高而有小幅度下降，直至电机温度稳定。

3）水温越高，电机效率越低。可见，低水温可以有效改善电机运行性能。

［1］郭伟， 张承宁. 车用永磁同步电机的铁耗与瞬态温升分析［J］. 电机与控制学报， 2009， 13（1）：83-87.

［2］李翠萍， 柴凤， 程树康. 冷却水流速对汽车水冷电机温升影响研究［J］. 电机与控制学报， 2012， 16 （9）：1-8.

［3］Wang Situn， 王司暾， Wang Lu，等. 永磁同步电机温升研究［C］// 中国家用电器技术大会. 2012.

（编辑 杨 景）

Study on Rated Temperature Rise of Permanent Magnet Synchronous Motor

WANG Pei-qi， MENG Tao， SUN Ling-ling
（Nanjing Yuebo Power System Co.， Ltd.， Nanjing 201702， China）

Through motor rated temperature rise tests under a variety of water temperatures and comparative analysis，the influence of water temperature on the motor temperature， motor torque and motor efficiency is discussed.

water temperature; permanent magnet synchronous motor; test

U463.645

A

1003-8639（2017）06-0047-03

2017-03-16

王佩琦（1994-），女，江苏南京人，助理工程师；孟涛（1985-），男，江苏徐州人，工程师；孙玲玲（1981-），女，江苏南京人，工程师。